酸化物超伝導材料による高温動作SQUIDシステムに関する研究

本年度は、酸化物材料高温SQUID実現の基礎となる弱結合デバイスの作製を中心として研究を行った。1.微細加工技術 エピタキシャルYBCO薄膜を用いてスパッタエッチング法を検討した。低電力スパッタとPMMAレジストをマスクに用いることで、加工によるTcの低下がほとんどなく、約1μm幅のブリッジ作製や、スリット加工が可能となった。また、Auを常伝導層としたSNS型デバイス作製の基礎的検討として、Au/YBCO2重膜の熱的安定性について調べた結果、500℃以上の温度ではYBCOの構成元素(Cu,Ba)がAu中へ表面ないし粒界拡散してTcやIcが低下することがわかった。2.YBCO弱結合の作製 C軸配向したYBCO膜の結晶粒界にAuを優先的に拡散させて特定の粒界のみを弱結合化してジョセフソンデバイスとする手法を考案し、試作した。エッチングにより2〜3μm幅のYBCOブリッジを作製し、ブリッジ上に直角に幅1μm、厚さ50nmのAuのストリップを形成した後、O_2雰囲気中、450℃以上の温度で熱処理て行ってAuストリップ下のYBCO粒界を弱結合化した。その結果、TcとIcは減少し、IーV特性にマイクロ波照射ステップが見られ、ジョセフソン特性を示すデバイスが得られた。以上に加えて、ブリッジの膜厚を微細加工により一部薄くしたVTB(Variable-Thickness Bridge)の作製について検討した。エピタキシャルYBCO膜を用いてスパッタエッチングにより幅〜5μm、長さL〜1μm、膜厚比〜0.5のVTBを作製して結果、Tc近傍でマイクロ波ステップの見られるデバイスもあり、高温動作が期待された。3.ファイバ技術 アルギン酸NaとY,B,Cu硝酸塩をイオン交換させて前駆体ファイバを作製し、さらに、O_2雰囲気中で焼成することで最小直径30μmのYBCOファイバを作製した。デバイス化の方法として、2本のファイバを交差させて焼成し弱結合とする方法を検討した。150μm径のファイバを用いた例では、ジョセフソン的な非線形性をもつIーV特性が得られた。

本年度は、酸化物材料高温SQUID実現の基礎となる弱結合デバイスの作製を中心として研究を行った。1.微細加工技術 エピタキシャルYBCO薄膜を用いてスパッタエッチング法を検討した。低電力スパッタとPMMAレジストをマスクに用いることで、加工によるTcの低下がほとんどなく、約1μm幅のブリッジ作製や、スリット加工が可能となった。また、Auを常伝導層としたSNS型デバイス作製の基礎的検討として、Au/YBCO2重膜の熱的安定性について調べた結果、500℃以上の温度ではYBCOの構成元素(Cu,Ba)がAu中へ表面ないし粒界拡散してTcやIcが低下することがわかった。2.YBCO弱結合の作製 C軸配向したYBCO膜の結晶粒界にAuを優先的に拡散させて特定の粒界のみを弱結合化してジョセフソンデバイスとする手法を考案し、試作した。エッチングにより2〜3μm幅のYBCOブリッジを作製し、ブリッジ上に直角に幅1μm、厚さ50nmのAuのストリップを形成した後、O_2雰囲気中、450℃以上の温度で熱処理て行ってAuストリップ下のYBCO粒界を弱結合化した。その結果、TcとIcは減少し、IーV特性にマイクロ波照射ステップが見られ、ジョセフソン特性を示すデバイスが得られた。以上に加えて、ブリッジの膜厚を微細加工により一部薄くしたVTB(Variable-Thickness Bridge)の作製について検討した。エピタキシャルYBCO膜を用いてスパッタエッチングにより幅〜5μm、長さL〜1μm、膜厚比〜0.5のVTBを作製して結果、Tc近傍でマイクロ波ステップの見られるデバイスもあり、高温動作が期待された。3.ファイバ技術 アルギン酸NaとY,B,Cu硝酸塩をイオン交換させて前駆体ファイバを作製し、さらに、O_2雰囲気中で焼成することで最小直径30μmのYBCOファイバを作製した。デバイス化の方法として、2本のファイバを交差させて焼成し弱結合とする方法を検討した。150μm径のファイバを用いた例では、ジョセフソン的な非線形性をもつIーV特性が得られた。